水電機組技術供水四通閥新技術推廣及應用

程麒安，楊 甜

（1.海河水利委員會引灤工程管理局，河北 唐山 063000；2.海河流域北海海域生態環境監督管理局生態環境監測與科學研究中心，天津 300000）

1 概述

潘家口水庫壩后式電站水電機組于1981 年并網發電，技術供水系統采用單元自流供水方式，主水源為壩前取水，備用水源為鋼管取水，通過濾水器過濾后為發電機組的空氣冷卻器、推力冷卻器、導軸承冷卻器供水。本次改造對所有技術供水管路閥門等進行更新改造，主要內容之一是對原技術供水的4個電磁閥進行更新改造，采用四通閥新技術完成水電機組技術供水功能。

2 四通閥新技術應用

2.1 原技術供水運行方式

原技術供水方式為：電磁閥10DP、12DP、11DP、13DP 通過直流220 V 控制動作，采用1.0 MPa壓力油系統操作液壓閥12Y3、12Y4、12Y5、12Y6 的啟閉完成冷卻器的正反供水操作。正向供水時12Y5 常開，12Y4、12Y6 關閉，12Y3 提起正向供水；反向供水時12Y4 先提起，12Y5、12Y3 關閉，再操作12Y6 完成反向供水。技術供水系統改造前后對比，如圖1 所示。

圖1 技術供水系統改造前后

原技術供水系統為1981 年建成投入運行，歷經多年運行后設備設施存在不同程度老化，管路銹蝕嚴重，實際運行時12Y3 出現過閥桿與閥體脫落事件，無法提供技術供水，影響水電機組正常發電；由于液壓閥較多且每個液壓閥通過電磁閥控制，夏季環境潮濕，存在直流絕緣低的安全隱患；采用油壓操作，廠房空間占用較大；正反供水操作復雜，容易出現誤操作，造成冷卻器憋壓事故。

2.2 四通閥技術供水運行方式

四通閥由四通球閥、閥門電動裝置和電控設備組成，閥門結構如圖2 所示。閥門電動裝置在電控設備的控制下，驅動四通閥芯轉動，閥芯每旋轉90°操作機構自動停止，供水方式正、反向切換一次，防止長期單向供水引起管路冷卻器的堵塞而造成的冷卻效率降低和影響水電機組正常運行。

圖2 閥門結構示意（正、反供水方式）

2.3 四通閥結構特點

（1）體積小巧，操作方便。以1 個四通閥代替原有的4 個電磁閥，減少了工作中可能發生故障的概率，同時減少了閥門、管道等工作設備數量和設備占地空間。閥門和管道安裝、操作方便、省時。

（2）減少流速損耗，提高效率。四通閥內的球體和閥體的連接管道截面相等且球體通道采用圓弧連接，其流阻系數遠比原有的4個電磁閥小，介質通過球體時流體阻力小，因此該閥為節能產品。其核心部分采用球閥結構，體積小，使用壽命長，結構簡單，維護檢修方便[1]。

（3）閥體密封性能好。該閥的密封采用具有一定彈性變形和高強度的對位聚苯和金屬的硬密封結構，耐磨性好；同時，采用密封自補償系統，密封面磨損后不銹鋼彈簧會將密封面推向閥芯，以產生足夠的密封力，使其密封達到零泄漏和免維護。

（4）換向可靠性高。球閥結構因其自有結構特點，在啟閉過程中有擦拭性，因此在正常工況下不會被堵塞或卡死。即使在水體的潔凈度比較差的工況下也能保證閥門正常工作，這是它的突出特性[2]。

（5）節省投資。使用該閥可以減少工程的一次性投資，閥體及控制部分總投資約30萬元，如采用4個電磁閥及壓力油系統大約75萬元。同時，減少了設備的維修保養費用，減輕了操作人員的勞動強度。年度運行費用大大減少，可以降低技術供水系統全生命周期成本。

2.4 四通閥安裝技術要求

（1）設備及管路安裝。由于技術供水系統濾水器、閥門、管路等大部分位于大壩廊道內，拆除、安裝空間狹小，相互施工干擾較大，因此應充分勘察現場，制定合理的運輸方案。

（2）通電調試。四通閥電控機構采用交流220 V供電，各項電氣裝置的安裝應遵守《電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗收規范》（GB50254-2014）的規定。完成四通閥安裝后，應對整個技術供水系統的控制邏輯進行梳理，開展系統聯調工作。

（3）第三方檢測。四通閥及管路安裝涉及焊接、設備管路密封性及強度檢測，應委托第三方具備探傷資質的公司對改造后所有焊接面進行無損探傷，并出具探傷報告。

（4）竣工驗收。技術供水系統安裝完畢后，應按相關規定進行檢查、試驗和驗收，做到各系統運行正常、各項參數滿足設計要求和設備無有害震動和不良噪聲。

（5）設備維護。設備及管路、管件按規定進行清掃、除銹、防腐及涂漆。特別是活動部件應定期試驗，避免發卡生銹。

3 四通閥的操作及注意事項

3.1 閥門操作機構參數和操作準備

（1）操作機構有手動操作、電機自動控制操作和遙控操作3 種操作方式。其中，電機自動控制操作采用TET閥門電動裝置，主要參數如下：QT40-1型，電機功率90 W，額定電壓380 V，額定電流0.8 A，輸出轉矩400 N·m，輸出轉速1 r/min，防護等級IP67。

（2）閥門操作機構的操作準備應注意以下3 個方面：①操作機構安裝完成后首次投電運行時，必須確認電機的轉動方向是否正確，若不正確可能對操作機構造成損壞。為此，先轉動手輪，將閥門運行至“開-關”中間位置，然后進行開或關的操作，以檢查電機自動控制操作時閥門的轉動方向是否正確，若閥門轉動方向與上述的正確方向相反，應立即停止操作，并應再次檢查接線。②“關”向限位開關的設定。電機電源相序正確后，拉動“手-電動”切換手柄至手動位置，順時針轉動手輪，使閥門至全關位置。利用“L”形扳手，松動下部凸輪上的螺釘，調整凸輪，使之與下部的微動開關接觸（剛好聽到咔嗒聲），然后緊固螺釘。接通電源，按下“開”向按鈕，反方向運行某個角度，然后再向“關”方向運行，以檢查閥門“關”方向限位是否準確。重復幾次達到要求為止。③“開”向限位開關的設定。拉動“手-電動”切換手柄至手動位置后，逆時針轉動手輪，使閥門至全開位置。利用“L”形扳手，松動上部凸輪上的螺釘，調整凸輪，使之與上部的微動開關接觸（剛好聽到咔嗒聲），然后緊固螺釘。接通電源，按下“關”向按鈕，反方向運行即向“開”方向運行，以檢查閥門“開”方向限位是否準確。重復幾次達到要求為止。

3.2 閥門操作試驗

（1）閥體檢查。嚴格檢查閥桿密封，確定填料是否安裝適當、填料壓蓋螺栓是否處于初期位置。檢查后，閥體應處于良好的工作狀態，并隨時可以操作。

（2）閥體轉動。通過“開—關”或“關—開”循環操作進行觀察，若沒發現明顯的問題，則在檢查密封性能和操作性能的同時就可進行帶壓試驗。

（3）電動閥門操作。接通電源前，先手動將閘板開啟10°～20°。接通電源后，觀查電動機的轉向是否與開、關指示方向一致，各指示燈按鈕、行程控制機構、轉矩限制機構等是否正常。

（4）帶壓試驗。閥體檢查一切正常后，開展閥體整體帶壓試驗，檢查閥體帶壓運行情況，確保閥體帶壓后密封良好、操作靈活。

（5）投入正常運行。四通閥試驗正常后切換到正向供水位置，切斷電源，正式投入運行。

3.3 閥門操作方式

根據四通閥介質流向原理，只需操作扳手或電機自動控制操作機構將閥芯轉動90°即可同時對2種流向進行切換，方便迅速實現一閥多用的效果。

（1）正常運行選用電機自動控制，此方式為首選運行方式。

（2）手動操作轉動時間長，一般在電動出現故障情況下應用。

（3）遙控操作采用遙控方式直接控制電機，此種方式不建議使用，以防止誤操作。

3.4 注意事項

四通閥閥體既是一種運動件又是一種磨損件，要求在正常運行狀態下閥門連續使用壽命不小于5 a[3]。

（1）手自切換。由于操作機構安裝高度較高，手自切換開關離地面大約1.5 m，建議操作時使用梯子，不要站在管路上操作，確保操作人員安全。

（2）切斷電源。操作機構電源平時從配電箱斷開，避免機構誤動。

（3）閥門由于長期保持在某個位置不動，其可操作性在某種程度上會下降，要定期檢查和維修。閥門承壓部件和固定裝配連接處的承壓密封要經常檢查并確認完好。閥門螺紋、軸承或齒輪等工作交界面應定期潤滑。閥體盡量在1個月左右轉動1次，防止接觸面長時間受力，同時檢測操作機構的靈活性及供電的可靠性。

4 運行效果

四通閥更新后，技術供水系統由于采用電動操作提高了工作效率，節省了人力資源，同時設備體積減小，減少了占用空間。通過開機試驗，技術供水水量大小可以滿足水電機組運行要求。

4.1 操作便捷性

改造前，4 個閥門分別進行操作費時費力，容易出現人為失誤。改造后，使用四通閥的技術供水系統在后期運行與維護過程中操作流程及步驟得到簡化，操作人員工作量得到降低。

4.2 運行穩定性

改造前，技術供水系統設備較多，經過長時間運行，故障率明顯增大。改造后，技術供水系統設備數量減少，便于運行維護和管理，設備安全運行能力得到改善。

4.3 運行維護經濟性

改造前，4 個電磁閥及壓力油系統等年運行維護費用約3萬元。改造后，采用四通閥及操作機構，節省了閥門數量，取消了壓力油系統，日常操作機構檢修、運行費用每年約0.3 萬元，大大減少了日常運行維護費用，年度節省費用約2.7 萬元，使設備全生命周期成本降低。

5 結語

在大型水利發電工程建設及管理中，技術供水系統是整個輔機系統中的重要組成部分，對保障水電機組運行安全意義重大。潘家口水庫壩后式電站水電機組于1981 年并網發電，當時設計技術供水采用4 個電磁閥、1.0 MPa 油壓操作系統，操作復雜，故障率較高。本次對技術供水系統進行更新，采用新型的四通閥完成技術供水正反向操作，滿足了水電機組運行要求。今后，應注重對水電機組設備操作和維護人員的專業技能培訓，使相關人員熟知技術供水系統的工作原理及特點，審慎操作閘閥啟閉，了解風險點及應急措施，防范操作失誤及突發風險，保障設備安全運行。